Поиск обитаемых экзопланет является ключевым приоритетом и занимает центральное место в науке об экзопланетах. Научное сообщество чётко обозначило это в отчёте по астрономии и астрофизике за 2020 год (Astro2020). В этом отчёте поиск обитаемых миров был определён как приоритет в докладе «Пути к обитаемым мирам».
Важная часть понимания и идентификации обитаемых миров
Критическая часть понимания и идентификации обитаемых миров заключается в понимании того, как эволюционируют их атмосферы, включая атмосферное убегание. Атмосферное убегание — это естественная часть эволюции планет, которое происходило на протяжении всей истории Земли. Однако в ранние годы Земли оно было гораздо более выраженным из-за энергичного излучения Солнца и более частых столкновений с астероидами и кометами. В настоящее время убегание минимально, но устойчиво.
Поскольку атмосферное убегание в ранние годы планеты более выражено, оно может определять её будущую обитаемость. Это лежит в основе новых исследований, которые будут представлены на предстоящей встрече «К обсерватории обитаемых миров: дальновидная наука и преобразующие технологии» в Вашингтоне, округ Колумбия.
Новые исследования
Новое исследование объясняет, как учёные, занимающиеся изучением экзопланет, могут использовать обсерваторию обитаемых миров (HWO) для изучения и измерения атмосферного убегания на экзопланетах. Оно озаглавлено «Наблюдения за атмосферным убеганием экзопланет с помощью обсерватории обитаемых миров», а авторами являются Леонардо Дос Сантос и Эрик Лопес. Дос Сантос работает в Институте исследований космического телескопа, а также в Департаменте физики и астрономии Университета Джона Хопкинса, а Лопес — из Центра космических полётов имени Годдарда НАСА.
Наблюдения с помощью обсерватории обитаемых миров
Используя ультрафиолетовые (УФ) возможности обсерватории обитаемых миров, мы можем использовать транзитную спектроскопию для наблюдения за атмосферным убеганием на экзопланетах и изучения процессов, которые формируют их эволюцию. Мы можем оценить способность малых планет сохранять свои атмосферы и искать признаки атмосфер, подобных земной.
Методы обнаружения экзопланет предвзяты в отношении планет, которые вращаются близко к своим звёздам. Во многих случаях эти планеты настолько близки, что подвергаются воздействию уровней радиации, которые в тысячи раз выше, чем на Земле. Эта мощная радиация может испарять их атмосферы в космос, делая их непригодными для жизни.
Это приводит к фундаментальному вопросу о пригодности экзопланет для жизни: насколько эффективно планеты могут сохранять свои атмосферы и, следовательно, быть обитаемыми?
В отличие от планет Солнечной системы, для которых интенсивное испарение больше не обнаруживается, экзопланеты представляют собой нашу лучшую возможность увидеть, как этот процесс происходит сейчас. Исследователи говорят, что необходимо провести исследование экзопланет, испытывающих атмосферное убегание, которое приведёт к созданию точной модели этого процесса.
Цели исследования
Первая цель — определить, имеют ли скалистые планеты в обитаемых зонах экзосферы, подобные современной Земле. Экзосфера — это внешний слой планетарной атмосферы, где плотность частиц очень низкая. Она настолько низкая, что столкновения частиц маловероятны, но достаточно плотная, чтобы её можно было обнаружить с помощью нескольких спектральных линий.
Вторая цель — определить, насколько эффективно гидродинамическое убегание разрушает первичные оболочки, в которых преобладает H2. Атмосферное убегание играет важную роль в том, как мы понимаем формирование планет и демографию экзопланет. Если учёные, занимающиеся изучением экзопланет, смогут определить потерю массы на современных планетах, они смогут реконструировать их первоначальные свойства, такие как массы их первичных атмосфер H/He, которые аккрецируются из первичной солнечной туманности.
Однако, несмотря на то что это имеет ключевое значение для атмосферных свойств планет, включая потенциальную обитаемость, зависимость потери массы атмосферы планеты от свойств звезды (например, облучающего звёздного УФ-излучения и ветра) и планетных свойств (например, массы, радиуса, орбитального расстояния) до конца не изучена.